Лабораторная работа Основные классы неорганических соединений

• Название: Лабораторная работа Основные классы неорганических соединений
• Дата: 22.03.2022
• Размер: 2.63 Mb.
• Имя файла: Uchebnoe_posobie_po_khimii.doc
• Тип: Лабораторная работа; #409758
• страница: 33 из 40

Выполнение работы

Опыт 1. Растворение оксида углерода (IV) в воде

В пробирку налить 3–4 мл воды, добавить несколько капель синего лакмуса и пропустить в воду углекислый газ из аппарата Киппа.

Требование к результатам опыта

Написать уравнение реакции взаимодействия воды с СО₂ и объяснить изменение окраски лакмуса.

Опыт 2. Тушение огня оксидом углерода (IV) (групповой)

Сухой стакан наполнить СO₂ из аппарата Киппа. В фарфоровую чашку, налить 15–20 капель спирта и поджечь его. Затем "вылить" из стакана СO₂ на горящий спирт. Что наблюдается?

Опыт 3. Окислительные свойства оксида углерода (IV) (групповой)

Наполнить стакан СО₂. Взять щипцами ленту магния, поджечь ее на спиртовке и быстро внести в стакан с СО₂, не касаясь его стенок. По окончании горения магния в стакан налить немного воды, обмыть стенки стакана, прилить несколько капель фенолфталеина. Что наблюдается?

Требования к результатам опыта

1. Закончить уравнения реакций: Mg + CO₂ = …;

MgO + H₂O = ….

2. Сделать вывод об окислительных свойствах СО₂.

Опыт 4. Получение кремниевой кислоты

К 1–3 мл концентрированного раствора Na₂SiO₃ добавить 1–2 мл раствора HCl (1:1), перемешать стеклянной палочкой. В результате образования кремниевой кислоты содержимое пробирки застывает в виде прозрачного геля (студенистого осадка).

Требование к результатам опыта

Написать уравнение реакции получения кремниевой кислоты.

Опыт 5. Сравнение силы угольной и кремниевой кислот

Налить в пробирку 2–3 мл раствора Na₂SiО₃, пропустить ток СO₂. Объяснить наблюдаемое.

Требования к результатам опыта

1. Написать уравнение реакции взаимодействия Na₂SiО₃ с СO₂.

2. Сравнить константы диссоциации угольной и кремниевой кислот и сделать вывод, какая из кислот (угольная или кремниевая) более слабая.

Опыт 6. Гидролиз силикатов

В две пробирки налить по 1–2 мл раствора силиката натрия Na₂SiO₃. В одну прилить несколько капель фенолфталеина. Что наблюдается? В другую пробирку добавить 2–4 мл раствора хлорида аммония NH₄Cl. Определить, какой газ выделяется.

Требования к результатам опыта

1. Составить уравнение реакции гидролиза силиката натрия.

2. Закончить уравнение реакции Na₂SiO₃ + NH₄Cl + H₂O = … и объяснить образование газа.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

27.1. Сколько кубических метров СО₂ (условия нормальные) можно получить из 1 т известняка, содержащего 95 % СаСО₃? (Ответ: 212,8 м³).

27.2. Вычислить объем одного моля эквивалентов СО₂ в реакции С + О₂ = СО₂ при нормальных условиях. (Ответ: 5,6 л).

27.3. Составить уравнения реакций взаимодействия: а) NaHCO₃ и HCl;

б) NaHCO₃ и NaOH; в) Ca(HCO₃)₂ и NaOH; г) Ca(HCO₃)₂ и Ca(OH)₂.

27.4. Какие типы гибридизации АО характерны для углерода? Описать с позиций метода ВС строение молекул СН₄, С₂Н₄, С₂Н₂.

27.5. Карбид кальция получают по схеме: СаО + 3С → СаС₂ + СО. Вычислить массу СаО, необходимую для получения 6,4 т СаС₂. Какой объем СО (условия нормальные) при этом образуется? (Ответ: 5,6 т; 2240 м³).

27.6. Вычислить энтальпию образования оксида магния, исходя из уравнения реакции CO₂ + 2Mg = 2MgO + C, ΔH° = –828,1 кДж. Энтальпия образования СО₂ равна –393,5 кДж/моль. (Ответ: −601,8 кДж/моль).

27.7. Закончить уравнения реакций: а) SiO₂ + KOH = …;

б) SiO₂ + HF = …; в) Si + NaOH + H₂O = …; г) SiO₂ + Mg ….

27.8. Реакция протекает по уравнению Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + H₂. Какая масса кремния и воды потребуется для получения водорода, необходимого для наполнения воздушного шара емкостью 200 м³ (условия нормальные)?

(Ответ: Si – 125 кг; Н₂О – 80,3 кг).

27.9. Вычислить молярную массу эквивалентов карбоната натрия при взаимодействии с кислотой, если образуется: а) гидрокарбонат; б) угольная кислота. (Ответ: 106 г/моль; 53 г/моль).

27.10. Определить массу 40 %-го раствора фтороводородной кислоты, необходимую для растворения 6 г оксида кремния (IV). (Ответ: 15 г).

27.11. Какие из перечисленных газов при пропускании их через раствор щелочи вступают с ней в реакцию: а) СО; б) СО₂; в) HCN; г) CF₄?

Составить соответствующие уравнения реакций.

27.12. Вычислить энтальпию образования SiC, исходя из уравнения реакии

SiO₂ + 3C = SiC + 2CO, ΔH°_х.р. = 510,9 кДж.

Энтальпии образования SiO₂ и CO соответственно равны –910,9 и ‑110,5 кДж/моль. (Ответ: –179 кДж/моль).

27.13. Закончить уравнения реакций:

а) CO + KMnO₄ + H₂SO₄ = …; б) CO + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ = ….

27.14. Через раствор, содержащий 112 г гидроксида калия, пропустили диоксид углерода (условия нормальные), полученный при действии избытка HCl на 300 г карбоната кальция. Какая соль при этом образовалась и какова ее масса?

(Ответ: КНСО₃; 200 г).

27.15. Какой объем СО₂ (условия нормальные) может дать огнетушитель, содержащий 20 л8 %-го раствора NaHCO₃ (плотность раствора 1,058 г/мл)? (Ответ: 448 л).

27.16. Состав минерала асбеста может быть выражен формулой CaО∙3MgО∙4SiO₂. Вычислить процентное содержание SiO₂ в асбесте.

(Ответ: 57,7 %).

27.17. Какой объем СО₂ (условия нормальные) можно получить из 210 г

NaHCO₃: а) прокаливанием; б) действием кислоты? (Ответ: 28 л; 56 л).

27.18. Закончить уравнения реакций:

а) SiO₂ + Na₂CO₃ ….

б) CaC₂ + H₂O = …; в) Mg₂Si + HCl = …; г) CO + Fe₂O₃ = …;

27.19. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

CaCO₃ → CO₂ → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → CO₂.

27.20. Закончить уравнения реакций: а) Si + HNO₃ + HF = …;

б) Al + C …; в) Na₂SiO₃ + HCl (конц.) = …; г) H₂SiO₃ + KOH = ….
Лабораторная работа 28

Углеводороды
Цель работы: изучить понятия «алканы», «алкены», «алкины».

Задание: провести опыты по получению этилена и ацетилена, изучить свойства этилена, ацетилена и бензола. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Углеводороды являются простейшими по составу органическими соединениями, так как состоят только из углерода и водорода. При замещении в молекулах углеводородов атомов водорода на атомы или группы атомов (радикалы) других элементов получаются другие классы органических соединений (производные углеводородов).

По характеру связи между углеродными атомами различают углеводороды с простыми связями, в которых все атомы углерода связаны одной ковалентной связью, и углеводороды с кратными (двойными или тройными) связями. В углеводородах с двойными связями два углеродных атома связаны между собой двумя ковалентными связями. Простейшим из этих углеводородов является этилен СН₂=СН₂.

Углеводороды с тройной связью содержат атомы углерода, связанные между собой тремя ковалентными связями, например ацетилен Н−С≡С−Н.

Углеводороды с простой связью характеризуются малой химической активностью. Они не вступают в реакции присоединения и, вследствие этого, получили название предельных (насыщенных) углеводородов. Однако при определенных условиях они способны к реакциям замещения. Углеводороды с кратными связями способны за счет разрыва второй и третьей связи присоединять водород, галогены и т. д. Например:

CН₂=CН₂ + Br₂ → CН₂Br−CН₂Br.

этилен дибромэтан

Поэтому они названы непредельными (ненасыщенными) углеводородами.

К ратные связи могут содержаться и в молекулах циклических углеводородов. В тех случаях, когда цикл состоит из шести углеродных атомов, связанных между собой чередующимися простыми и двойными связями, углеводороды называются ароматическими. Простейшим из них является бензол С₆Н₆:
Несмотря на то, что в молекулах ароматических углеводородов имеются три двойные связи, они по своим химическим свойствам ближе к предельным углеводородам, т.е. способны, главным образом, к реакциям замещения.

Выполнение работы

Опыт 1. Получение этилена и его свойства

(Проводить в вытяжном шкафу!). В пробирку налить 1–1,5 мл этилового спирта и 5 мл концентрированной серной кислоты (ρ = 1,84 г/мл). Укрепить пробирку в зажиме штатива, закрыть ее пробкой с газоотводной трубкой, конец которой поместить в пробирку с разбавленной бромной водой, и нагреть. Наблюдать обесцвечивание бромной воды. Когда обесцвечивание закончится, переместить конец газоотводной трубки в пробирку со слабо окрашенным раствором КMnO₄. Когда раствор обесцветится, вынуть из него трубку и после этого прекратить нагревание.

Требования к результатам опыта

1. Написать уравнение реакции получения этилена.

2. Закончить уравнения реакций: CН₂=CН₂ + Br₂ → …;

C₂Н₄ + КMnO₄ + H₂SO₄ → ….

3. Cделать вывод, какие типы реакций характерны для алкенов.

Опыт 2. Ацетилен и его свойства

(Проводить в вытяжном шкафу!). В небольшую колбу налить на ⅔ ее объема воды, закрепить ее в штативе, бросить в нее небольшой кусочек карбида кальция СаС₂, быстро закрыть отверстие пробирки пробкой с газоотводной трубкой и, опустив конец последней в пробирку с бромной водой, пропустить через бромную воду ток ацетилена. Что происходит с окраской раствора? Пропустить ток ацетилена через подкисленный раствор перманганата калия. Как изменилась окраска раствора?

Требования к результатам опыта

1. Написать уравнение реакции получения ацетилена при взаимодействиии карбида кальция с водой.

2. Записать уравнения реакций между ацетиленом и бромом (промежуточным продуктом является дибромэтилен, конечным − тетрабромэтан).

3. Закончить уравнение реакции C₂H₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ → … , принимая, что конечными продуктами реакции являются муравьиная кислота НСООН, диоксид углерода, сульфат марганца (II), сульфат калия и вода.

4. Cделать вывод, какие типы реакций, характерны для алкинов.

Опыт 3. Свойства бензола

(Проводить в вытяжном шкафу!). В две пробирки налить 1–2 мл бензола, в одну пробирку прилить 1–2 мл бромной воды, в другую пробирку – 1–2 мл раствора перманганата калия, подкисленного серной кислотой, пробирки встряхнуть.

Требования к результатам опыта

1. Записать наблюдения. Объяснить, почему растворы бромной воды и перманганата калия не обесцвечиваются при добавлении бензола.

2. Охарактеризовать способность бензола к реакциям присоединения и окисления, присущим непредельным углеводородам.

Примеры решения задач

Пример 28.1. Написать уравнения реакций, при помощи которых из метана и неорганических реагентов можно получить бутан.

Решение. Бромированием метана можно получить бромметан:

CH₄ + Br₂ → CH₃Br + HBr.

При нагревании бромметана с натрием образуется этан:

2CH₃Br + 2Na → C₂H₆ + 2NaBr.

При взаимодействии этана с бромом образуется бромэтан:

C₂H₆ + Br₂ → C₂H₅Br + HBr.

Бутан получается из бромэтана по реакции Вюрца:

2C₂H₅Br + 2Na → C₄H₁₀ + 2NaBr.

Пример 28.2. При сжигании газообразного углеводорода объемом 2,24 л было получено оксида углерода (IV) массой 13,2 г и воды массой 7,2 г. Плотность газа по воздуху составляет 1,52 (условия нормальные). Определить молекулярную формулу газа.

Решение. Молярная масса газа равна:

М (возд.) = 29 г/моль; D_возд.(газа) = 1,52;

М (газа) = 29 г/моль ∙ 1,52 = 44 г/моль.

Масса углерода и водорода в 2,24 л углеводорода составляет:

12 г углерода образует 44 г СО₂

х г углерода образует 13,2 г СО₂ х = = 3,6 г С;

2 г водорода образует 18 г Н₂О

y г водорода образует 7,2 г Н₂О у = 0,8 г Н.

Масса углерода и водорода в сожженном газе составляет

3,6 + 0,8 = 4,4 г.

Рассчитаем массу 2,24 л углеводорода:

44 г углеводорода занимает объем 22,4 л

х г углеводорода занимает объем 2,24 л х = 4,4 г.

Итак, газ состоит только из углерода и водорода. Следовательно,

С:Н = = 1:2,66,

откуда простейшая формула СН_2,66 (М = 14,66). Отношение истинного соединения к массе простейшего соединения составляет . Значит, простейшую формулу надо увеличить в 3 раза, откуда истинная формула газа С₃Н₈.

Пример 28.3. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

этиловый спирт → Х → Y → Z → бутен-1

Указать условия протекания реакций.

Решение. При нагревании этилового спирта до 180–200 °С с концентрированной серной кислотой должен образоваться продукт, реагирующий с бромоводородом. Это этилен (вещество Х). Уравнение реакции

С₂Н₅ОН С₂Н₄ + Н₂О.

В результате присоединения бромоводорода к этилену образуется бромэтан (вещество Y):

С₂Н₄ + НBr → C₂H₅Br.

При нагревании бромэтана в присутствии натрия образуется бутан (Z)

C₂H₅Br + 2Na → C₄H₁₀ + 2NaBr.

Дегидрирование бутана в присутствии катализатора, например никеля – один из способов получения алкенов, в частности бутена-1.

CH₃−CH₂−CH₂−CH₃ CH₂=CH−CH₂−CH₃ + Н₂